通过利用必要的传感器信息,机器人灵巧手能够有效完成对多种物体的抓取和操作任务。其中指尖触觉传感器可有效获取接触状态和接触位置等信息,这些信息对提高机器人灵巧手的实际操作能力(尤其是滚动接触操作能力)至关重要。因此本文以哈工大机器人研究所与德宇航中心联合研制的HIT/DLR Hand II型多指灵巧手为平台,进行了灵巧手指尖触觉传感器研制及操作研究。针对阵列压阻式触觉传感器的回路干扰问题,本文首先构建了基于电压反馈法和零电势法的最简化的回路干扰抑制电路;然后仿真分析了模拟开关和多路开关导通电阻值对各个电路测量精度的影响;最后比较分析了各个电路对回路干扰的抑制性能。这为后续的指尖触觉传感器的回路干扰抑制电路的设计提供指导依据。本文研制了一种基于压阻原理的柔性的贴敷式指尖触觉传感器。该传感器具有36个触觉单元。针对非可展曲面近似展开问题,提出了一种省道切割结合有限元分析的非可展曲面近似展开法。该方法首先利用添加省道的方式适当分割非可展曲面,然后利用有限元分析软件获取二维近似展开图。利用该方法设计的该传感器本体能够很好地包络该灵巧手手指指尖的三维曲面。针对该灵巧手对高集成的要求,设计了该传感器基于片上可编程系统的嵌入式信号采集处理系统。为了测试该传感器的性能,设计了触觉传感器的性能测试系统。指尖触觉传感器系统的成功研制为该灵巧手在抓取操作过程中获取接触状态和接触位置等信息提供了必要保障。为了提高该灵巧手手指的运动学和力学模型的精度,构建了基于触觉传感器位置信息的运动学和力学模型。与传统的基于虚拟指尖法构建的运动学和力学模型相比,该模型能够有效提高该灵巧手手指对笛卡儿空间接触位置和接触力的检测精度,为该灵巧手后续的控制研究奠定了数学基础。为了保证该灵巧手手指在与环境接触时的柔顺性,研究了手指基于触觉和力矩传感器信息融合的笛卡儿阻抗控制。首先提出了适用于求取串联机器人任意连杆中任意一点处所受的内力和内力矩的算法,该算法采用连杆假想截断法利用牛顿–欧拉方程推导而出,推导过程综合考虑了串联机器人是否处于静态和末端是否受外力作用的情况,以及串联机器人的关节是否是回转关节的情况;然后利用该算法推导了连杆力矩传感器空间的动力学模型。通过将连杆力矩传感器的原始信号经动态补偿后融合触觉传感器位置信息计算得到的笛卡儿空间作用力转化为位置、速度和加速度的修正量的方式,构建了基于触觉和力矩传感器信息融合的两种基于位置的笛卡儿阻抗控制器。实验结果表明该算法和所构建的笛卡儿阻抗控制器是有效的,同时也表明基于触觉和力矩传感器信息融合的笛卡儿阻抗控制能够有效提高手指指尖的动态位置跟踪精度。这为该灵巧手的后续操作研究奠定了基础。针对灵巧手在操作未知物体时可能因发生滚动而无法完成期望操作的问题,首先构建了基于固定接触点假设的灵巧手操作的运动学和力学模型,然后在此基础上提出了基于指尖触觉传感器的变接触点操作策略。该策略利用机器人灵巧手手指指尖触觉传感器检测指尖接触点位置,通过判断是否发生滚动的方式进行手指末端杆件的尺寸参数更新控制,既考虑了实际滚动发生的情况,又无需已知物体的几何形状。实验结果表明该策略能够有效性提高灵巧手对未知物体的滚动接触操作性能。